曾 勇 張淑英 李德山

1. 西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 3. 西南科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

0 引言

早期測(cè)算能源效率的方法主要是根據(jù)單要素能源效率來測(cè)算的。隨著測(cè)算方法的不斷改進(jìn)，分解技術(shù)的引入將能源效率從全要素生產(chǎn)率中剝離出來，從而對(duì)能源效率的測(cè)度更加準(zhǔn)確。目前全要素能源效率的測(cè)算方法主要有隨機(jī)前沿分析法（SFA）、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）和基于生產(chǎn)理論框架的能源效率方法（PDA）[1]。例如，史丹等[2]、李德山[3]、李玉婷和劉祥艷[4]利用SFA方法測(cè)算了中國各地區(qū)的能源效率及其影響因素。相比SFA方法，DEA方法可以處理多投入、多產(chǎn)出的情況；同時(shí)，該方法不受投入產(chǎn)出量綱的影響，且不需要預(yù)先賦予權(quán)重。因此，DEA方法被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。Hu和Wang[5]、李雙杰和李春琦[6]在此基礎(chǔ)上提出了全要素能源效率的定義。另外，王鋒和馮根福[7]、陶雪萍等[8]、王騰等[9]根據(jù)上述定義，采用DEA方法測(cè)算了中國各地區(qū)的全要素能源效率。近些年，一些學(xué)者開始對(duì)天然氣的利用效率進(jìn)行研究。例如，朱祎[10]運(yùn)用主成分分析法和熵值法綜合評(píng)價(jià)了全國32個(gè)主要城市的城市燃?xì)饫们闆r，研究認(rèn)為兩種方法差別不大；龐瑞芝等[11]采用SFA方法研究發(fā)現(xiàn)煤炭、石油、天然氣的全要素效率呈上升趨勢(shì)，且地區(qū)間差異逐漸縮小，而電力則與之相反；及鵬[12]根據(jù)熱力學(xué)定律，對(duì)天然氣能源產(chǎn)品熱效率和?效率進(jìn)行了比較，認(rèn)為二者相差較大。

目前從全要素的角度去測(cè)算天然氣利用效率的研究成果還較少，且已有的文獻(xiàn)尚存在以下不足：①大多數(shù)文獻(xiàn)只是在傳統(tǒng)的全要素框架下加入能源要素的投入，測(cè)算出來的效率既可稱為能源效率，也可以稱為勞動(dòng)效率或者資本效率；②多數(shù)學(xué)者基本上將能源消費(fèi)總量作為能源投入來計(jì)算全要素能源效率，而沒有考慮到能源消費(fèi)種類的異質(zhì)性；③傳統(tǒng)的單要素能源效率的測(cè)度方法并沒有考慮到要素投入的相互可替代性；④在考慮到非期望產(chǎn)出時(shí)，多數(shù)學(xué)者采用的是基于Malmqulist—Luenberger指數(shù)法，雖然得到廣泛的應(yīng)用，但是該方法沒有恰當(dāng)?shù)胤从吵黾夹g(shù)進(jìn)步的特性。鑒于此，筆者在已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)全要素天然氣利用效率的測(cè)度方法進(jìn)行了改進(jìn)，并采用考慮非期望產(chǎn)出約束下的窗口DEA模型（Undesirable-Window-DEA Model）對(duì)2002—2016年中國30個(gè)省、直轄市、自治區(qū)（以下簡(jiǎn)稱省市區(qū)）的全要素天然氣利用效率進(jìn)行了測(cè)算，以期為政府和企業(yè)制定更為合理的天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)政策提供對(duì)策建議。

筆者采用的方法具有以下特點(diǎn)：①考慮了能源種類之間以及能源與資本和勞動(dòng)力要素之間的替代性；②由于實(shí)際生產(chǎn)過程不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些非期望的副產(chǎn)品，因此在測(cè)算模型中考慮了環(huán)境約束問題；③采用窗口至前沿最遠(yuǎn)距離的DEA模型可以避免不能跨期比較的問題，從而可以從動(dòng)態(tài)的角度反映天然氣利用效率的變動(dòng)情況。

1 全要素天然氣利用效率測(cè)算

1.1 Undesirable-Window-DEA模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析是基于相對(duì)效率為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種非參數(shù)生產(chǎn)前沿面模型，在生產(chǎn)效率測(cè)量及決策領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的DEA方法存在一定的缺陷：對(duì)于面板數(shù)據(jù)不能直接分析，并且利用截面DEA評(píng)價(jià)所測(cè)算的效率值不能進(jìn)行跨期比較。因此，Charnes等[13]提出了窗口DEA模型（Windows DEA Model），該模型利用移動(dòng)平均法來考察決策單元的效率隨時(shí)間變動(dòng)的情況，其優(yōu)點(diǎn)是決策單元不但可以與同一時(shí)期其他決策單元進(jìn)行比較，而且還將同一個(gè)決策單元的不同時(shí)期作為不同的決策單元，通過增加樣本量來獲得更加真實(shí)的效率評(píng)價(jià)。如果窗口的寬度為d，時(shí)期為T，則窗口的數(shù)量為w＝T－d＋1，每個(gè)窗口內(nèi)的決策單元（Decision Making Units，DMU）數(shù)量為d×J，相當(dāng)于每個(gè)時(shí)期DMU的d倍。一般情況下，為了更好地達(dá)到效度和信度兩個(gè)方面的平衡，窗口的寬度可以設(shè)定為d=3[14]。假設(shè)有J個(gè)DMU，每個(gè)決策單元有I個(gè)非能源投入zij，K個(gè)能源投入ekj，Q個(gè)期望產(chǎn)出yqj，L個(gè)非期望產(chǎn)出ulj。因此，含有非期望產(chǎn)出的窗口DEA：

式中θmn表示任一決策單元在第m個(gè)窗口內(nèi)的第n個(gè)時(shí)點(diǎn)上的效率值別表示在第m個(gè)窗口內(nèi)的第n個(gè)時(shí)點(diǎn)上的能源投入效應(yīng)和污染排放效應(yīng)，其他變量的含義以此類推；表示第j個(gè)決策單元的權(quán)重系數(shù)；表示松弛變量。如果即至少有一個(gè)小于1，或者一些松弛變量不等于0，那么被評(píng)價(jià)的DMU是非DEA有效的，說明其處于生產(chǎn)可能集的生產(chǎn)前沿面之內(nèi)，與最優(yōu)前沿面的DMU相比存在一定的效率損失。

1.2 數(shù)據(jù)來源與說明

筆者選取的樣本為2002—2016年中國30個(gè)省市區(qū)面板數(shù)據(jù)（由于數(shù)據(jù)的缺失，筆者剔除了西藏自治區(qū)的數(shù)據(jù)），投入指標(biāo)包括物質(zhì)資本存量、人力資本存量以及能源投入；期望產(chǎn)出指標(biāo)為各地區(qū)歷年實(shí)際國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）；非期望產(chǎn)出指標(biāo)為二氧化硫排放量。其中，物質(zhì)資本存量根據(jù)單豪杰[15]的方法進(jìn)行推算（重新估計(jì)了四川和重慶的資本存量）；人力資本存量以從業(yè)人員平均教育年限來近似表示；能源投入采用煤炭、石油、天然氣和電力的能源消費(fèi)量來表示。物質(zhì)資本存量和GDP均換算成以1990年為基期的不變價(jià)。數(shù)據(jù)來自2002—2017年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[16]、《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》[17]。

2 區(qū)域全要素天然氣利用效率的差異

首先，采用Undesirable-Window-DEA模型，測(cè)算出各個(gè)地區(qū)的天然氣投入的松弛變量；然后，根據(jù)Hu and Wang[5]的思路計(jì)算全要素天然氣利用效率。全要素天然氣利用效率＝（實(shí)際天然氣消費(fèi)量－調(diào)整天然氣消費(fèi)量）/實(shí)際天然氣消費(fèi)量，全要素天然氣利用效率是一個(gè)無量綱指標(biāo)，在[0，1]區(qū)間，越趨近于1，代表天然氣利用效率越高；反之則越低。最后，再計(jì)算各個(gè)地區(qū)在每一時(shí)點(diǎn)上的全要素天然氣利用效率的平均值。

從計(jì)算結(jié)果（表1）可得如下結(jié)論：

1）從全國來看，隨著經(jīng)濟(jì)增長方式由粗放型向集約化的持續(xù)轉(zhuǎn)化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨合理化，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，天然氣的生產(chǎn)供應(yīng)保障能力不斷增強(qiáng)，天然氣產(chǎn)業(yè)改革不斷推進(jìn)，天然氣利用效率在2002—2016年間呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定增長趨勢(shì)（圖1）。其中，2003—2007年天然氣利用效率增長相對(duì)較慢，其主要原因在于：中國工業(yè)化中期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以重工業(yè)為主，制造業(yè)快速發(fā)展；其中，非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)等高耗能行業(yè)迅猛增長，而同期能源供應(yīng)的煤炭開采和洗選業(yè)在不斷快速增長，天然氣產(chǎn)量增長較低。因此，大大強(qiáng)化了以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（煤炭在中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重由2002年的70.01%提高到2007年的73.73%），使得中國天然氣利用效率提高受到較大影響。

2008—2016年天然氣利用效率快速上升，主要原因在于：①中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸進(jìn)入工業(yè)化后期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，第二產(chǎn)業(yè)在GDP的比重不斷下降，第三產(chǎn)業(yè)持續(xù)增加，其占比超過50%。其中，六大高耗能行業(yè)增長率明顯下降，煤炭開采和洗選業(yè)產(chǎn)能利用率、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)等行業(yè)的產(chǎn)能利用率顯著提高，而高技術(shù)制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興服務(wù)業(yè)快速發(fā)展，使得天然氣利用效率不斷改善。②隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、社會(huì)日益進(jìn)步，人們?cè)絹碓叫枰哔|(zhì)量的空氣和環(huán)境。2013年國務(wù)院印發(fā)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，尤其是隨著中國經(jīng)濟(jì)步入“新常態(tài)”，國家做出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，不斷推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。因此，中國政府持續(xù)推進(jìn)天然氣開發(fā)利用，鼓勵(lì)實(shí)施“煤改氣”政策，從而使得煤炭產(chǎn)量在2013年達(dá)到39.74×108t峰值后逐年下降；同時(shí)，大幅增加天然氣進(jìn)口，建成了縱橫交錯(cuò)的天然氣管網(wǎng)，不斷完善儲(chǔ)氣及調(diào)峰設(shè)施，天然氣產(chǎn)量由2007年的692.4×108m3快速提高到2016年的1 368.65×108m3，使天然氣消費(fèi)比重不斷提高[18]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤炭在中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的占比由2008年的72.22%下降到2016年的61.83%，天然氣的占比則由3.42%提高到6.20%。③天然氣的利用結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，天然氣化工越來越少，工業(yè)用氣、城市供暖、生活用氣、天然氣發(fā)電快速增長，也有利于提高天然氣利用效率。其中，由于“煤改氣”“油改氣”政策的推進(jìn)，化學(xué)原料及化學(xué)制品與石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)等制造業(yè)，電力、煤氣、熱力的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)，生活消費(fèi)，交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)等行業(yè)用氣量快速增長；天然氣還廣泛應(yīng)用于非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及硣延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、汽車制造、專用設(shè)備制造業(yè)、通用設(shè)備制造業(yè)等行業(yè)。

2）從區(qū)域劃分來看，東、中、西部三大區(qū)域的天然氣利用效率有明顯差異，而西部明顯低于東部、中部。其中，東部地區(qū)天然氣利用效率最高，2002—2016年間平均值為0.804 9；其次為中部地區(qū)，平均值為0.612 5；西部地區(qū)天然氣利用效率最低，平均值僅為0.342 3，這也意味著在既定的其他要素投入下，東、中、西部的天然氣利用效率還存在19.51%、38.75%和65.77%的改善空間。東部地區(qū)天然氣利用效率最高的省份是廣東（0.996 1），最低的省份是河北（0.428 6）；中部地區(qū)最高的省份是安徽（1.000 0），最低的省份是河南（0.368 6）；西部地區(qū)最高的省份是廣西（0.835 4），最低的省份是青海（0.060 2）。

由于西部地區(qū)的甘肅、寧夏、青海和陜西等省自治區(qū)天然氣利用效率都比較低，導(dǎo)致西部地區(qū)的平均值偏低。

表1 2002—2016年中國各地區(qū)全要素天然氣利用效率平均值表

圖1 2002—2016年中國各地區(qū)全要素天然氣利用效率變動(dòng)趨勢(shì)圖

由于區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，東部地區(qū)的一些高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)不斷向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷高級(jí)化，高耗能產(chǎn)業(yè)不斷被淘汰。例如，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化升級(jí)，2017年上海市的節(jié)能環(huán)保、高端裝備、新能源、新能源汽車、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值比重達(dá)到30.8%。而與此同時(shí)，雖然四川的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速增長，但是六大高耗能行業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)增加值的比重仍高達(dá)26.6%。另一方面，由于中西部地區(qū)尤其是西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平整體較低，雖然是天然氣的主產(chǎn)區(qū)，但用于能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資金相對(duì)緊張，高耗能產(chǎn)業(yè)多，從而造成了中西部地區(qū)全要素天然氣利用效率較低。

值得注意的是，2007年以后中部地區(qū)天然氣利用效率改善速度明顯加快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同期東、西部地區(qū)。2002—2007年，中部地區(qū)天然氣利用效率有升有降，提高不明顯，由0.306 1提高到0.345 5。之后，進(jìn)入持續(xù)高速增長期，2012年達(dá)到0.914 9，與東部地區(qū)同期的0.968 5相差明顯縮小；此后穩(wěn)定提高，到2016年增加到0.967 7（東部地區(qū)為1.000 0）。其主要原因是：安徽、湖北、湖南、江西、吉林、黑龍江的天然氣利用效率大幅提高，反映出區(qū)域發(fā)展不平衡正轉(zhuǎn)化為中國經(jīng)濟(jì)梯級(jí)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，中部地區(qū)快速崛起；同時(shí)，隨著天然氣干線、支線管網(wǎng)及配套設(shè)施不斷完善，中部地區(qū)天然氣用戶持續(xù)增長，天然氣消費(fèi)快速增長，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源消費(fèi)體系成效顯著。

3）各省份天然氣利用效率變動(dòng)呈現(xiàn)明顯的兩極分化趨勢(shì)。天然氣利用效率最高的3個(gè)省份為安徽、廣東和上海，基本上都處于最優(yōu)前沿面上。根據(jù)上述模型的測(cè)算，雖然這些省份處于最優(yōu)前沿面上，但這并不能說明這些省份不存在天然氣利用效率損失，只能說相對(duì)其他省份而言，在當(dāng)前技術(shù)條件下，這些省份無法實(shí)現(xiàn)天然氣投入的進(jìn)一步減少。而天然氣利用效率最低的3個(gè)省份分別為甘肅、寧夏、青海，說明這3個(gè)省份存在很大的天然氣利用效率損失，或者從另一個(gè)角度來講，這些省份相比其他省份而言的節(jié)能潛力更大。

3 提高全要素天然氣利用效率的建議

1）堅(jiān)持綠色發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，加快培育天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，不斷提高天然氣消費(fèi)綜合利用效率。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)間能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加快推進(jìn)節(jié)能降耗，加大工業(yè)節(jié)能技術(shù)改造力度，穩(wěn)步提高能源加工轉(zhuǎn)換和回收利用效率，大力推廣新技術(shù)、新產(chǎn)品；中西部地區(qū)要加快第二產(chǎn)業(yè)落后產(chǎn)能的淘汰和退出機(jī)制，引導(dǎo)第二產(chǎn)業(yè)向資源節(jié)約和環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)發(fā)展；同時(shí)，應(yīng)加大對(duì)天然氣產(chǎn)業(yè)上、中、下游市場(chǎng)的培育，提升天然氣產(chǎn)業(yè)鏈與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的深度融合，提高天然氣行業(yè)的自主創(chuàng)新能力，從而持續(xù)降低經(jīng)濟(jì)增長對(duì)能源消費(fèi)依存度，不斷提高能源消費(fèi)及天然氣消費(fèi)的綜合利用效率。

2）繼續(xù)推進(jìn)能源生產(chǎn)革命向縱深發(fā)展，不斷完善天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源供應(yīng)體系。天然氣是優(yōu)質(zhì)高效、綠色清潔的低碳能源，是構(gòu)建我國清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要路徑。因此，要不斷完善產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系，促進(jìn)天然氣供需動(dòng)態(tài)平衡。國內(nèi)要加大天然氣資源勘探開發(fā)力度，盡可能提高天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量，國際上要建立健全天然氣多元化海外供應(yīng)體系，確保天然氣進(jìn)口安全。同時(shí)，構(gòu)建地下儲(chǔ)氣庫、沿海液化天然氣（LNG）接收站、LNG儲(chǔ)罐、管網(wǎng)互聯(lián)互通等多層次儲(chǔ)備體系，滿足調(diào)峰需要；并強(qiáng)化天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與互聯(lián)互通，理順天然氣價(jià)格機(jī)制，建立健全天然氣供應(yīng)保障應(yīng)急體系，強(qiáng)化天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈安全運(yùn)行機(jī)制，綜合保證天然氣穩(wěn)定、均衡、安全供應(yīng)。

3）優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，不斷提高天然氣消費(fèi)比重。能源低碳消費(fèi)模式已經(jīng)成為世界的共識(shí)和實(shí)踐，與世界發(fā)達(dá)國家相比，天然氣在我國能源消費(fèi)中所占比重過低，與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、低碳綠色發(fā)展理念不相符。因此，各級(jí)政府要統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，擴(kuò)大天然氣覆蓋面積，全方位、多手段推廣天然氣消費(fèi)；依托國家的大氣污染防治行動(dòng)，適度發(fā)展天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)；根據(jù)國內(nèi)外天然氣的安全穩(wěn)定供應(yīng)和配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)進(jìn)度，科學(xué)合理規(guī)劃各地、工業(yè)企業(yè)“煤改氣”進(jìn)程和貨車、輪船“油改氣”進(jìn)程；提高燃?xì)怆姀S的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷完善天然氣分布式能源的機(jī)制政策，促進(jìn)天然氣行業(yè)健康有序的快速發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)清潔化、低碳化和多樣化。